单片机

什么是单片机，相信很多人都还不知道。也不知道单片机的作用是什么。单片机简称为单片微控制器(Microcontroler)，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上，相当于一个微型的计算机，因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。

大家都知道我们的电脑主要是由中央处理单元CPU(进行运算、控制)、随机存储器RAM(数据存储)、存储器ROM(程序存储)、输入/输出设备I/O(串行口、并行输出口等)。安装在一个被称之为主板的印刷线路板上，就是我们个人的计算机了。

把单片机看成一个整体分成四块就很容易认识了。 把这些东西(CPU，硬盘，内存，主板等等)用集成块做好后，如下图所视：

来源：玩转单片机

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单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。

微控制器将在观光噪比(IoT)取向设计大多数因特网主控制元件和这些MCU将有可能被电池供电。电源效率将是实现可接受的电池寿命至关重要因此MCU将需要管理的电池使用更精确地比以往任何时候。许多MCU具有特殊的功能，帮助管理电池电量和使用这些功能优化可能使输赢在市场之间的差异。

本文将很快回顾一些实现高效电池的MCU产品设计，并说明所需的关键功能，例如使用的设备，这些功能如何提高工作效率和电池寿命。软件工具，帮助估计电池寿命将用于展示如何在您详细的设计实施估计寿命。这极大地有助于设备选择并且是一个关键的技术用于创建电源效率的设计。

<strong>管理电源域</strong>

电池的MCU实现时想我们最初可能，前提是有一个单一的MCU电源域，流失的电池，我们的目标是管理这个电源域打造最节能的微控制器实现成为可能。很快我们就会发现这种假设通常是假的，但是，即使是简单的MCU通常具有片上多电源域。事实证明，有多个电源域可以是一个很大的优势，当电源效率是最重要的，以我们的设计。具有多个域可以让我们更有效地管理和控制电源到MCU的是基于我们需要执行为特定实现的功能所需的部分。让我们来看一个具体的MCU，看多电源域怎么可能是有利的一个典型的电池供电的设计。

来源：赛迪顾问

<strong>一、下游应用牵引MCU产业前景向好</strong>

（一）物联网

自上世纪70年代问世以来，单片机（Microcontroller Unit，MCU）就凭借其极强的通用型和极高的研发普及率成为全球嵌入式电子应用领域不可或缺的核心部件。网络通信、工业控制、汽车电子、消费电子、金融电子等领域都离不开MCU产品的支持。未来，物联网相关应用将是集成电路（Integrated Circuit，IC）和电子信息终端产品的发展方向，无论是工业制造业、汽车还是消费电子，都在向互联互通的方向演进升级。新增的物联网设备和老旧设备的物联网替代将是未来发展的主题。

通常情况下，物联网设备都需要具备嵌入式控制、传感数据采集、能耗控制及数据交互通信等功能。在数据吞吐量较大、通信协议较复杂、对主控芯片运算精度要求较高的场合，主流的解决方案多采用32位MCU；而在轻负荷、要求快速响应的应用中，16位及8位MCU仍有大量需求，特别是8位MCU凭借其成本优势及开发的便利，在一些颗粒度较小的模块中仍然大规模使用。综合来看，随着下游物联网产业的演进和相关技术的快速发展，MCU市场必将延续高速稳定增长的态势。

（二）智能卡

<strong>常见单片机芯片分析简介</strong>

● HT:工具好用.DEMO难搞.成本中等.
● PIC:工具难用,DEMO易搞.成本偏高.
● FREESCALE:工具难用,DEMO易搞.成本偏高.
● STC/51:工具好用,DEMO易搞.成本偏低.
● AVR:工具好用,DEMO易搞.成本中等.
● MSP430:工具非常好用,DEMO易搞.成本偏高.
● EMC:工具好用,DEMO难搞.成本偏低.
● SUNPLUS:工具难用,DEMO难搞.成本偏低.
● TENX:工具难用,DEMO难搞.成本偏低.
● OKI:工具难用,DEMO难搞.成本偏低.
● EPSON:工具难用,DEMO易搞.成本偏低.
● PHILIPS:工具好用,DEMO易搞.成本偏高.
● WINBOND:工具好用,DEMO易搞.成本中等.

<strong>国内几种常用的单片机芯片做个简介：</strong>

<strong>一、引言</strong>

单片机(Microcontroller)一般都有内部ROM/EEPROM/FLASH供用户存放程序。为了防止未经授权访问或拷贝单片机的机内程序，大部分单片机都带有加密锁定位或者加密字节，以保护片内程序。如果在编程时加密锁定位被使能(锁定)，就无法用普通编程器直接读取单片机内的程序，这就是所谓拷贝保护或者说锁定功能。事实上，这样的保护措施很脆弱，很容易被破解。单片机攻击者借助专用设备或者自制设备，利用单片机芯片设计上的漏洞或软件缺陷，通过多种技术手段，就可以从芯片中提取关键信息，获取单片机内程序。因此，作为电子产品的设计工程师非常有必要了解当前单片机攻击的最新技术，做到知己知彼，心中有数，才能有效防止自己花费大量金钱和时间辛辛苦苦设计出来的产品被人家一夜之间仿冒的事情发生。

<strong>二、单片机攻击技术</strong>

目前，攻击单片机主要有四种技术，分别是：

<strong>一、振荡器停止振荡</strong>

又可以分为电源电压不稳，或者强干扰引起的振荡器停振。

<strong>二、PC指针跑飞</strong>

电源电压不稳或强干扰引起PC跑飞，如果看门狗不好，也会引起死机。

<strong>三、设计上对长引出线的IO没有保护，静电打在IO口上引起单片机死锁，破坏了硬件逻辑功能，导致死机。</strong>

<strong>四、复位收到干扰，引起反复复位，在反复复位当中有可能会导致死机。</strong>

<strong>综上所述：</strong>

设计电路时，应该注意：
1.电源稳定
2.IO保护
3.振荡器PCB布线要注意
4.复位电路设计和PCB布线
5.电源，信号线干扰路径的保护，加滤波TVS等
6.高速信号输出远离信号输入端，如SPI总线，I2C总线布线要远离ADC，复位，时钟等布线处，以及其他模拟前端。

一家之言，欢迎纠正

电源电压的地不稳定造成电源电压瞬间负电压导致单片机故障程序不发运行。

<strong>单片机、ARM、DSP这三者都可以说是CPU，那这三者有什么区别吗?</strong>

首先，CPU（中央处理器），本质就是一个集成电路，实现的功能就是从一个地方(如rom)读出一个指令，从一个地方(如ram)读出数据，然后根据指令的不同对数据做不同的处理(如相加)，然后把结果存回某个地方(如ram)。不同架构的CPU会有不同的指令、不同的存取方式、不同的速度、不同的效率等差异。

然后说说单片机(通常意义所说的微控制器MCU)，ARM(通常意义所说的高效能RISC)，DSP(通常意义所说的通用数字信号处理器)，这三个 CPU分别是针对不同的应用而产生的CPU。当然这也不是绝对的，因为ARM现在出的CPU囊括了MCU(如M0)，RISC(如A8)，DSP(如 M4)。

单片机实际上是微控制器MCU、ARM是高效能RISC、DSP就是数字信号处理器，那您能具体的从这三者的功能谈谈它们的控制原理吗?

微控制器MCU的目的主要是用作控制，他不需要多快的速度，如电饭锅的控制器，只需要控制发热元件的通断、信号等的开关等，但是对成本要求很严格，所以一般做得比较简单，8位的很多。

成为一名嵌入式工程师，简单的单片机基础学习与应用是不可缺少的。学习单片机就是学习单片机的硬件结构，内部资源与外设的应用。在C语言中(极少量的汇编)掌握各种功能的初始化，启动与停止，实现各种功能函数的编写与调试。

<strong>第一步：数字I/O的应用</strong>
在大多数的单片机实验中，跑马灯实验正是数字I/O的典型应用，也是跑马灯的实验被安排第一个的原因。通过将单片机的I/O引脚位进行置位或清零来点亮或关闭LED灯，虽然简单，但是这就是数字电路中的逻辑功能。数学I/O应用的实验还有按键实验，当按下某键时，某LED灯被点亮。数字I/O实验教会我们单片机的编程思想，必须首先对单片机的相应寄存器进行配置，以初始化I/O引脚，这样才能使该引脚具备数字输入与输出功能。 单片机的一个内置或外置功能的使用，就是对该功能相关的寄存器进行设置，初始化，而这便是单片机编程的特点。少则4、5个函数搞定，多则十几行程序，要有耐心，别怕麻烦，所有的单片机都是这样。

影响单片机系统可靠安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰，并受系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些都构成单片机系统的干扰因素，常会导致单片机系统运行失常，轻则影响产品质量和产量，重则会导致事故，造成重大经济损失。

形成干扰的基本要素有三个：

(1)干扰源。指产生干扰的元件、设备或信号。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。
(2)传播路径。指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。
(3)敏感器件。指容易被干扰的对象。如：A/D、 D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。

1 干扰的耦合方式

干扰源产生的干扰信号是通过一定的耦合通道才对测控系统产生作用的。因此，我们有必要看看干扰源和被干扰对象之间的传递方式。干扰的耦合方式，无非是通过导线、空间、公共线等等，细分下来，主要有以下几种：

(1)直接耦合：
这是最直接的方式，也是系统中存在最普遍的一种方式。比如干扰信号通过电源线侵入系统。对于这种形式，最有效的方法就是加入去耦电路。